[发明专利]一种镧系元素铈掺杂纯锑纳米相变材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镧系元素铈掺杂纯锑纳米相变材料，其组分表达式为CexSby，其中x，y为原子百分比，0<x≤0.10,0.90<y≤1,x+y＝1.00。本发明所提供的相变材料可实现可逆的相变过程，且相变前后的高低电阻的差值较大，易于实现存储中需要分辨的“0”或“1”，是较为理想的相变存储材料；而且制备工艺成熟，易于实现与现有半导体技术的兼容。继承了纯锑相合成相变速度快的优点，同时可具备较高的晶化温度和数据保持力，还具备较高的晶态和非晶态电阻，这利用降低相应相变存储器件的功耗。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种应用于相变存储领域的镧系元素铈掺杂锑纳米相变薄膜材料及其制备方法。

背景技术

信息的存储对人类文明的发展起者举足轻重的作用。因为无论是在商业行为还是新时代的战争中，及时和有效的信息总是最为关注，最重要的部分之一。信息存储是信息收集和传输中不可避免的一环。同时随着人类科技的进步，交流的日益频繁，人类文明所获得的数据量飞速增长。所以信息存储技术是现代社会存在和发展的支柱技术，人类的发展需要更高速，更大量的数据存储器件。近年来，英特尔(Intel)、三星(Samsung)、国际商业机器(IBM)和意法半导体(STMicroelectronics)等公司以及很多大学和研究所均在积极开发新一代的存储材料和技术。相变存储器(Phase Change Random Access Memory，缩写为PCRAM)具有元件尺寸小、循环寿命长(&gt;10¹³次)、读取速度快、存储密度高、稳定性强、耐高低温(-55-125℃)、抗振动、以及与现有集成电路工艺相兼容等优点，受到极大关注(Feng Rao等，Scinece,2017，358：1423-1427)。PCRAM是利用相变材料(PCMs)中的晶态与非晶态的可逆相变来实现信息的读取、写入和擦除。

作为相变存储器的核心部分，相变材料可以在适当的温度下以晶态或非晶态稳定的存在相对长时间，而在达到某种条件时，又能迅速改变状态。一般来说，为了使相应的存储器件同时实现高稳定性、长的循环寿命和超快的读取速度，要求相变材料同时有较大的非晶态/晶态电阻比、非晶态下的良好温度性、较好的化学稳定性和较低的熔点与热导率。

目前，Ge₂Sb₂Te₅是公认的具有最优良性能的相变存储材料。其相变过程是由面心立方结构和稳定的六方结构与非晶态之间的相变。其中，锑(Sb)原子对相变过程起着非常重要的作用。由此，有研究者尝试利用纯锑材料做相变薄膜。研究发现纯锑薄膜相变温度较低，样品制备出的同时基本已经处于晶态。为了提高相变材料的热稳定性能，可以采用掺杂的方式提高热稳定性(Hua Zou等，CrystEngComm,2016,18:6365-6369)。

在稀土这个元素大家族中，铈是当之无愧的“老大哥”。其一，稀土在地壳中总的丰度为238ppm，其中铈为68ppm，占稀土总配分的28％，居第一位；其二铈是在发现钇(1794年)9年之后，被发现的第二个稀土元素。但是目前还没有利用铈元素改进相变存储性能的研究和报告。主要的原因可能是铈在室温下很容易氧化，在空气中很容易失去光泽，用刀刮即可在空气中燃烧(纯的铈不易自燃，但稍氧化或与铁生成合金时，极易自燃)。本项专利实现了铈元素对纯锑相变材料的改性，得到了较好的结果，具有一定的科学和经济价值。

发明内容

为解决现有技术存中纯锑薄膜相变温度较低的缺陷，本发明提供一种镧系元素铈掺杂纯锑纳米相变材料及其制备方法。

一种镧系元素铈掺杂纯锑纳米相变材料，其组分表达式为Ce_xSb_y，其中x，y为原子百分比，0&lt;x≤0.10,0.90&lt;y≤1,x+y＝1.00。

优选的，0.006≤x≤0.024，0.994≤y≤0.976。